TOFD无损检测技术简介

TOFD无损检测技术简介

（Time of Flight Diffraction，衍射时差法）

1. 技术原理

TOFD是一种基于超声波衍射信号的缺陷检测方法，其核心原理是：

• 发射与接收探头对称布置：一对超声波探头（一发一收）对称放置于焊缝两侧，发射纵波（L波）进入被测材料。

• 缺陷衍射信号：当超声波遇到缺陷（如裂纹、未熔合）时，会在缺陷尖端产生衍射波，并被接收探头捕获。

• 时间差计算：通过测量直通波（Lateral Wave）和衍射波的传播时间差（Time of Flight），结合声速计算缺陷的深度和尺寸。

关键信号成分：

• 直通波（Lateral Wave）：沿表面传播的首个信号，用于校准。

• 底面回波（Backwall Echo）：工件底部的反射波。

• 缺陷衍射信号：出现在直通波与底面回波之间。

2. 技术特点

3. 典型应用场景

• 厚壁焊缝检测：石油管道、压力容器、核电焊缝（厚度10-300mm）。

• 平面缺陷检测：裂纹、未熔合、层间未焊透（对射线不敏感的缺陷）。

• 在役监测：无需清空设备，适合石化、能源行业在役结构检测。

4. 设备组成

1. 探头组：

• 通常使用双晶探头（一发一收），频率1-10MHz，角度45°-70°。

• 探头间距（PCS）根据工件厚度调整。

2. 扫查装置：

• 编码器记录位置信息，实现自动化扫查（如磁轮小车、机械臂）。

3. 主机与软件：

• 实时显示A扫描、B扫描图像，支持缺陷深度/尺寸分析（如OmniPC、TomoView软件）。

5. 检测流程

1. 校准：

• 使用标准试块（如IIW或CSK-IA）校准声速和探头延迟。

2. 扫查：

• 探头沿焊缝匀速移动，保持耦合稳定。

3. 数据分析：

• 通过B扫描图像定位缺陷，测量衍射波时间差计算深度。

4. 报告生成：

• 标注缺陷位置、尺寸，符合标准（如ASME、EN ISO 10863）。

6. 与其他技术的对比

7. 标准与认证

• 国际标准：

• EN ISO 10863《TOFD检测方法》

• ASME BPVC Section V, Article 4

• 国内标准：

• NB/T 47013.10-2015（承压设备TOFD检测）

8. 发展趋势

• 自动化集成：与相控阵超声（PAUT）结合，提升检测效率。

• AI辅助分析：深度学习算法自动识别缺陷信号。

• 便携式设备：轻量化TOFD仪器（如奥林巴斯EPOCH 650）。

总结

TOFD技术因其高精度定量和全覆盖检测能力，已成为厚壁焊缝缺陷检测的首选方法，尤其适用于石化、核电等高风险领域。需注意其近表面盲区，通常需配合脉冲反射法超声（UT）或表面检测（MT/PT）进行互补验证。